Курсовая работа (т): Проект стенда для диагностики тормозной системы автомобиля

Поскольку, как многим должно быть известно, при торможении кинетическая энергия посредством трения тормозных колодок о барабан (или диск) преобразуется в тепловую энергию (т.е. тормоза нагреваются), необходимо эффективно это тепло рассеивать. И вот тут барабанные тормоза проигрывают дисковым, поскольку рассеивают тепло не слишком хорошо. Это происходит потому, что фрикционные накладки находятся внутри барабана. Такой серьезный недостаток приводит к целой цепи проблем. Чрезмерный нагрев может вызвать деформацию барабана. Это, в свою очередь, приводит к тому, что тормозные накладки прилегают к нему неравномерно. Все это снижает тормозящее действие (особенно при частом оттормаживании). Вот почему на скоростных машинах барабанные тормоза даже сзади уже не встретить.

Применение оребренных алюминиевых или недеформируемых усиленных стандартных барабанов, использование более широких и длинных накладок позволяют несколько снизить эти проблемы, но тогда уходят все достоинства барабанных тормозов: низкая цена, простота изготовления и т.п., а результат не так уж сильно заметен. К повальному внедрению дисковых тормозов привело увеличение скоростных возможностей автомобилей. Сначала такие тормоза заняли свое место в передних колесах, что обусловлено большими нагрузками на передней оси, возникающими при торможении. А теперь и сзади их можно встретить все чаще.

Дисковые тормоза рассеивают тепло намного лучше, чем барабанные. И сам диск, и крепежная скоба для крепления тормозных механизмов, и тормозные колодки открыты для доступа воздуха. Свободный обдув тормозов практически исключает снижение тормозящего действия. Но вот «диски», как правило, не имеют эффекта самоусиления, как барабанные тормоза, что налагает повышенные требования к усилителю тормозов. В качестве «минусов» можно также упомянуть несколько более высокую стоимость производства и более быстрый износ фрикционных накладок из-за большего давления при торможении. В качестве одного из основных достоинств дисковых тормозов можно упомянуть их меньший вес в сравнении с барабанными, а это одна из главных составляющих неподрессоренных масс, борьба за снижение которых ведется производителями по всем фронтам.

Борьба за снижение неподрессоренных масс и улучшение отвода тепла привела конструкторов к созданию так называемых вентилируемых дисков. Они представляют собой своеобразный сэндвич из двух дисков, между которыми проделаны специальные отверстия, формирующие своеобразные лопасти, наподобие турбины. Благодаря этим лопастям и каналам тепло отводится более эффективно, а вес диска снижается. Но порой этого недостаточно. Существует еще один важный аспект влияния тепла на работу тормозов. При высоких нагрузках тормозные диски могут нагреваться до очень высоких температур. Тут производители тормозных систем идут на различные технические ухищрения.

Так, например, многие фирмы предлагают разборные тормозные диски. Они представляют собой непосредственно рабочий диск в виде бублика, скрепленный болтовым соединением со средней частью, которая уже и крепится на ступицу. Также часто можно встретить тормозные диски с перфорацией и канавками (шлицами). Проделанные по всей рабочей плоскости диска сквозные отверстия снижают вес диска, способствуют более эффективному снижению его температуры при работе, удаляют газы, образующиеся при трении колодок о диск. Кстати, эти рабочие газы могут создавать подобие воздушной подушки и снижать эффективность тормозов. Так что их отвод крайне важен, особенно в тормозах, работающих под большой нагрузкой. Перфорация предупреждает и коробление тормозного диска. Канавки совместно с отверстиями способствуют удалению воды, грязи, пыли и пр., что снижает риск поцарапать тормозной диск. Отвод газов также в их юрисдикции. И канавки, и перфорация увеличивают дополнительную тормозную силу и уменьшают износ. Указав все эти достоинства канавок, нельзя не сказать и о том, зачем они изначально были разработаны.

Опять же, автоспорт с его повышенными нагрузками на тормоза потребовал эффективной очистки тормозных колодок. Дело в том, что при работе на больших нагрузках тормозные колодки очень быстро покрываются тонким слоем нагара - выгоревшего и отработанного фрикционного материала. Если его не снять принудительно, колодка превращается в скользкую лыжу. Канавки, шлицы практически срезают этот отработанный слой, обновляя колодку. Это позволяет поддерживать работоспособность колодок на протяжении всей гонки. Учитывая все вышесказанное, можно считать, что для обычных городских автомобилей тормозные диски со шлицами, конечно, являются предметом гордости владельца, но одновременно причиной более частой смены тормозных колодок. Водителям, которые все равно решили обзавестись такими тормозными дисками, необходимо знать еще вот что. Шлицы могут быть как направленными, так и ненаправленными. Первые требуют правильной установки (левые и правые диски) и продаются обычно парами. Ненаправленные могут быть установлены на любую сторону.

Если вернуться к «сэндвичам», то стоит упомянуть об интересной разработке австралийских инженеров. Компания DBA запатентовала передовую технологию системы вентиляции тормозного диска (австралийский патент №742353). Назвали такие диски Kangaroo Paw, или Лапа Кенгуру. Название обусловлено не столько тем, что компания австралийская, сколько тем, что в разрезе перемычки между двумя половинками диска напоминают след кенгуру. Благодаря тому, что 144 столбика имеют особую форму и расположены в определенном порядке между двумя сторонами тормозного диска, создается эффект ротора. Вращение диска приводит к образованию аэродинамической турбулентности воздуха внутри диска, увеличивая его скорость. Это приводит к тому, что горячий воздух буквально выталкивается из внутридискового пространства, способствуя более интенсивному его охлаждению. Такая архитектура тормозного диска делает его более прочным и стабильным при общем снижении массы.

Эту разработку можно по праву считать серьезным прорывом в дизайне тормозных дисков. Еще более удивительное решение предложила американская компания Delphi. Ее инженеры модернизировали весь дисковый тормозной механизм.

Рисунок 2.4 - Составной тормозной диск

Рисунок 2.5 - тормозной диск Kangaroo Paw

Предложена оригинальная идея двухдискового тормоза для передних колес автомобиля, получившего незатейливое название Twin Disk. Здесь для торможения используются не две, а три тормозные колодки. К обычной паре прибавляется средняя колодка, расположенная между двух «плавающих» дисков, не связанных друг с другом перегородками. Благодаря такой компоновке гидравлический поршень переносит свое усилие не на две плоскости тормозного диска, как обычно, а сразу на четыре. Тем самым эффективность тормозов, динамика торможения увеличивается в 1,7 раза по сравнению с обычными дисковыми тормозами. Усилие на педаль снижается практически вдвое. А кроме того, вентиляция таких дисков значительно лучше, они меньше нагреваются, а стало быть, дольше «живут».

Рисунок 2.6 Действие теплового поля в тормозном диске

От конструкции к материалам. Здесь также можно встретить множество различных подходов. Наиболее часто можно встретить тормозные барабаны и диски из чугуна. Мотоциклетные тормозные диски изготавливают из нержавеющей стали, дабы защитить их от коррозии. Но чугун все же обладает лучшими фрикционными качествами. Рост скоростей и, как следствие, увеличение требований к тормозам приводят к появлению новых материалов для создания тормозных дисков.

Так, в мире автоспорта используются диски на основе углеволокна (carbon fiber composite). Такие тормоза значительно легче своих чугунных собратьев и работают очень эффективно (иначе их не стали бы использовать в спорте). Однако карбоновые тормоза работают лишь при очень высоких температурах. То, что для обычных стальных или чугунных дисков может считаться экстремально высокой температурой, для карбоновых дисков - нормальное рабочее состояние. То есть на обычных автомобилях в обычных условиях эксплуатации такие тормоза просто не будут работать - не успеют разогреться. По этой причине применение углепластиковых композитов в тормозах ограничивается болидами Формула-1 и автомобилями, участвующими в других подобных гонках. Да и цена подобных изделий не маленькая. диагностический испытательный тормозной автомобиль

Тормозные колодки - наиболее важный элемент тормозной системы. Именно от них зависит эффективность работы тормозов. Хорошие, правильные колодки будут не только долго и надежно выполнять свои функции, но и сохранят тормозной диск или барабан целым и невредимым долгие годы. Наоборот, плохие, некачественные колодки могут испортить тормозной диск, проделав в нем глубокие канавы, и т. д. Тормозные колодки бывают разными. Причем речь идет не о конструкции и дизайне, а в первую очередь о материале фрикционных накладок, которые собственно и осуществляют торможение.

Фрикционных смесей на сегодня существует превеликое множество. У каждой фирмы своя рецептура и свои ингредиенты. В состав смеси могут входить 15 и более различных компонентов. Их пропорции четко выдержаны. Любое изменение доли того или иного компонента может существенно изменить свойства будущих тормозных накладок, вплоть до их полной неработоспособности. Основа фрикционной смеси - армирующий компонент. Именно от него зависит прочность, термостойкость и стабильность тормозных свойств изделия.

В последние годы сложились устойчивые виды фрикционных изделий, получивших свое название, именно основываясь на их армирующем компоненте. Выделяются асбестовые, безасбестовые и органические (на основе органических волокон) компоненты. Первые, как видно из названия, в качестве армирующего элемента используют асбест. Вредность этого материала для человека уже стала притчей во языцех. Во многих руководствах по ремонту и обслуживанию автомобилей говорится, что менять асбестосодержащие тормозные колодки и даже снимать колеса (если у вас такие тормоза) необходимо предельно осторожно, заблаговременно позаботившись о защите органов дыхания и зрения.

Безасбестовые представляют собой фрикционный материал, в котором роль армирующего компонента выполняют иные составляющие. Это может быть стальная вата, медная, латунная стружка, различные полимерные композиции и т. д. Самые современные на данный момент фрикционные материалы выполняют на основе органических волокон. У таких колодок наилучшие тормозные свойства. Недаром именно они устанавливаются на современные болиды Формула-1, где нагрузки на тормоза (по меркам городских автомобилей) просто запредельные. Ведь им приходится за считанные секунды или даже доли секунды снижать скорость машины с 300 до 60 км/ч.

К сожалению, как и любых высокотехнологичных и наукоемких изделий, стоимость таких колодок доступна лишь таким «денежным» видам автоспорта. И еще раз вспомним о тепле. Колодки также должны охлаждаться, но, в отличие от дисков, они как раз должны не пропускать тепло через себя. Нагреваясь, сами, они обязательно начнут греть рабочие тормозные цилиндры, а они, в свою очередь, тормозную жидкость, и если она закипит, тормоза перестанут работать, со всеми вытекающими последствиями. Вот почему столь важно обеспечить тепловой барьер между фрикционными накладками и металлической основой тормозной колодки.

2.3 Назначение, устройство и принцип работы испытательного стенда

Рассмотрев в первом разделе требования к элементам тормозных систем, пришли к выводу о необходимости проведения испытаний не только в процессе проектирования, но и в процессе эксплуатации элементов тормозных систем гидропривода. Согласно требований ГОСТ необходимо: - трубки и шланги должны соответствовать требованиям ГОСТ 4364, ГОСТ 23181 и технической документации (ТД), утвержденной в установленном порядке.

Металлические и пластиковые трубки и резиновые рукава без наконечников, предназначенные для использования в гидравлических и пневматических тормозных приводах, должны иметь соответствующие сертификаты. Трубки и шланги должны обладать герметичностью и прочностью при давлении: - для гидравлического тормозного привода - по ГОСТ 23181 (пункт 1.4), но не менее 20 МПа (200 кгс/см²);

Трубки и шланги должны соответствовать требованиям после проведения испытаний в условиях их циклического нагружения в объеме не менее 150000 циклов при максимальном давлении не менее 10 МПа (100 кгс/см²) - для гидравлического привода и не менее 1,0 МПа (10,0 кгс/см²) - для пневматического привода. Так наиболее ценную информацию о эксплуатационной надежности элементов тормозной системы несет показывает динамическая характеристика выхода из строя элементов привода. В связи с этим при разработке стенда для диагностики элементов тормозной системы принято решение взять за основу схемы (рис. 2.6) проведения испытаний приложения А ГОСТ 23181-78.

Рисунок 2.6 - Схема установки для испытаний трубок и шлангов гидравлического и пневматического привода на герметичность и прочность:

- объекты испытаний; 2 - контрольный манометр; 3 - сливной кран; 4 - клапан прокачки; Р - давление на входе

Рисунок 2.7 - Схема установки для испытаний трубок и шлангов гидравлического приводана долговечность при циклическом нагружении:

- компрессор; 2 - пневматическая магистраль; 3 - электропневмоклапан; 4 - регулятор давления; 5 - манометр; 6 - пневматическая камера; 7 - главный тормозной цилиндр; 8 - гидравлические манометры; 9 - объекты испытаний; 10 - блок питания; 11 - генератор импульсов; 12 - счетчик импульсов

Рисунок 2.8 - Схема установки для испытаний трубок и шланговпневматического привода при циклическом нагружении:

1 - компрессор; 2 - пневматическая магистраль; 3 - электропневмоклапан; 4 - регулятор давления; 5 - манометр; 6 - объекты испытаний; 7 - блок питания; 8 - генератор импульсов; 9 - счетчик импульсов

Рисунок 2.9 - Стенд для испытаний элементов гидравлического привода тормозных систем легковых автомобилей

Преимуществом предложенной схемы стенда является то что можно производить испытания не только элементов в виде трубок и шлангов но, и непосредственно главный тормозной цилиндр с вакуумным усилителем в сборе, а также частично суппорт тормозного механизма.

Основными элементами стенда являются:

компрессор DFG-230RT;

рама стенда;

комплект механических и дублирующих электрических манометров;

редукционные клапана;

тензометрическая измерительная система.

Для проведения испытаний элементов гидропривода с целью определения эксплуатационных характеристик надежности, главный тормозной цилиндр приводится в действие от гидроцилиндра 8 (рис.). При этом на напорной магистрали уже подключены испытуемые шланги и трубки. Далее они подключены к манометрам и кранам, что дает возможность создать требуемое пиковое давление путем их закрытия при рабочем ходе штока.

Усилие, создаваемое цилиндром, контролируется при помощи тензометрического датчика диафрагменного типа.

Сигнал, поступающий от датчика, подается на осциллограф модели Н071.4М (ТУ 25-7608.0016-89).

Вторым этапом при проведении испытаний, является этап по выявлению эксплуатационной надежности элемента тормозной системы - суппорта.

Суппорт устанавливается на каркас 4 и закрепляется аналогично автомобильной схеме. Однако при этом на нем установлена взамен колодки измерительная пятка, которая через шарик упирается в тензометрическую балку с помощью чего и определяется нормальная сила, действующая на поршень.

Исходя из того, что входную величину нужно не только измерить, но и подвергнуть некоторой обработке (расчет, хранение) целесообразно ее преобразовать в электрическую величину, после чего обработку легко можно произвести, используя ПК. В технике встречается очень большое количество упругих механических измерительных преобразователей

Наиболее выгодными являются балки равного сопротивления, когда по всей длине поверхности упругого элемента механическое напряжение одинаково и материал используется наиболее эффективно